CN102969868B - 一种盘形异步磁力联轴器及调速方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及机械工程传动技术领域，特指一种盘形异步磁力联轴器及调速方法；本发明包括主动盘总成、中间盘总成、从动盘总成和调磁装置，其中主动盘总成、调磁装置、中间盘总成组成轴向磁场调制式磁力齿轮，同时中间盘总成又与从动盘总成组成盘式异步磁力联轴器；本发明在主动轴输入转速一定时，首先通过轴向磁场调制式磁力齿轮进行变速，然后通过盘式异步磁力联轴器实现从动轴不同转速和扭矩的输出，本发明不但具有磁力齿轮变速传动的特点，而且还具有异步盘式磁力联轴器启动性能好及高温工况下不退磁的优点，可用于输送高温、有毒介质的行业中，并且可以实现无泄漏输送的效果，从而进一步扩大了磁力联轴器的应用范围。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程传动技术领域，特指一种基于轴向磁场调制式磁力齿轮的盘形异步磁力联轴器，可以实现不同转速和扭矩的输出，适用于炼油、化工、煤炭等行业的电机与负载之间或其它装置的传动***。
背景技术
磁力传动是一种新型的传动技术，利用永磁材料或电磁铁产生的磁力，来实现力或者扭矩的传递，跟机械传动相比，磁力传动的优点很突出，如：减少摩擦、提高效率、隔振、自动过载保护、输入轴与输出轴的物理分离等。
随着磁力传动产品研究的不断深入，盘式异步磁力联轴器已经成为一种新型的机械传动装置，它利用电磁感应原理运行，具有传动效率高、安装维护方便、使用寿命长及高温工况下运行不退磁的优点，通过检索可以查到一些关于盘式异步磁力联轴器方面的专利技术报道，例如申请号为CN200910263064.X的专利中，公开了一种手动可调速盘式磁力联轴器，主要是通过螺纹传动副将手柄的转动变为直线移动，然后通过压缩弹簧和滑竿等构件实现了主从动盘之间的气隙距离调节；同时专利CN201010228656. 0也报导了一种远程自动控制可调速式盘式磁力联轴器，通过远程控制器控制高速轴上的微型电机转动，锥齿轮将电机旋转运动传递给螺纹丝杠，由于丝杠两端方向相反，从而实现了两盘之间的距离调节；上述两个专利中都是通过改变主从动盘之间的气隙距离来实现不同转速和转矩的输出，由于盘式磁力联轴器轴向力大，所以上述联轴器受轴向力影响大，气隙调节装置需要较高的机械强度。本发明为一种基于轴向磁场调制式磁力齿轮的盘形异步磁力联轴器，通过磁力齿轮进行变速，不需改变气隙距离即可实现不同速度和扭矩的输出，受轴向力影响较小，因而和上述专利具有明显不同点。
在申请号为CN201010149939.6的专利中，公开了一种磁力齿轮耐高温高速磁力泵，包括：外转子、中转子、内转子、调磁装置、隔离套，采用磁力齿轮进行变速，提高或降低泵的转速，其中中转子即作为磁力齿轮的内转子，也作为磁力联轴器的外转子，使得结构更加紧凑，有效的减少了摩擦与磨损，提高了传动效率，但是该专利存在对中性要求高，装配难度大，径向尺寸大的缺点；本发明为一种基于轴向磁场调制式磁力齿轮的盘形异步磁力联轴器，采用轴向磁场调制式磁力齿轮和盘式异步磁力联轴器相结合，同样能够实现变速传动的要求，而且盘式结构使装置对中性要求降低，装配难度减小，因而和上述专利也具有明显不同点。
发明内容
本发明提供了一种基于轴向磁场调制式磁力齿轮的盘形异步磁力联轴器，不但具有磁力齿轮在一定传动比下进行机械传动的特点，而且还具有异步盘式磁力联轴器在高温工况下不退磁的优点，实现了在一定传动比下输送高温有毒介质的目的。
本发明总体结构包括主动盘总成、中间盘总成、从动盘总成、调磁装置及隔离套，主动盘总成由主动盘基体、第一永磁体组成，中间盘总成由中间盘基体、第二永磁体、第三永磁体组成，从动盘总成由从动盘基体、导条及导体端环组成，调磁装置由调磁极片和固定套筒组成；其特征在于：从动盘总成、隔离套、中间盘总成、调磁装置和主动盘总成从左至右依次沿从动轴或主动轴轴向布置，主动盘基体通过键与主动轴连接，并使用套筒进行轴向固定，其紧靠第二永磁体的表面内嵌N、S交替排列的第一永磁体，磁极对数为P1；中间盘基体和轴承通过过盈配合装配在一起后放置在主动轴上，轴承内圈使用圆螺母、止动垫圈、套筒进行轴向固定，而轴承外圈则使用轴承端盖进行轴向固定，中间盘基体两侧表面内嵌N、S交替排列的第二永磁体和第三永磁体，磁极对数分别为P2和P3；从动盘基体通过键与从动轴连接，并使用轴端挡圈进行轴向固定，导条内嵌在从动盘基体的紧靠第三永磁体的表面，导条两端采用导体端环连接；调磁装置中的调磁极片通过间隙配合套在主动轴上，其端部通过螺钉连接在固定套筒上，固定套筒则通过螺钉固定在基座上；隔离套也通过螺钉固定在基座上，连接处采用密封圈密封。
所述的主动盘基体以转速n1转动时，其左侧的第一永磁体将产生转速为n1、磁极对数为P1的旋转磁场，调磁极片（数量R=P1+P2）将该磁场调制成具有P2次谐波的谐波磁场，谐波磁场的旋转速度n2=-n1*P1/(R-P1)，该谐波磁场与磁极对数为P2的第二永磁体产生的基波磁场相互耦合，从而使中间盘总成与轴承外圈以转速n2转动，同时中间盘基体左侧的第三永磁体将会在其左侧气隙产生另一个转速为n2、磁极对数为P3的旋转磁场，从动盘基体上的导条因切割该磁场磁力线而产生感应电流，感应电流产生的附加磁场与此旋转磁场相互作用，从而带动从动盘总成以转速n3转动，其中n3=（1-S）*n2，S为转差率，其值与负载大小有关，通过改变P1、P2的值可以改变磁力齿轮的传动比，从而得到不同的输出转速。
所述的主动盘基体和中间盘基体表面需开槽，扇形永磁体紧密内嵌在槽内，各个扇形永磁体磁化方向采用N、S极交替轴向磁化或Halbach轴向磁化；N极和S极既可以是单块扇形磁体为一极，也可以是多块同极性、同尺寸的扇形磁体为一极。
所述的隔离套在要求实现完全密封的行业中使用，可以安装在基座上；在仅要求实现磁力传动的行业中，可以不使用。
所述的调磁极片处于主动盘基体和中间盘基体之间，有二种可供实施的结构，其一是采用软磁材料直接加工成两端短路结构，该结构机械强度大；其二是将软磁材料制造加工成长条形后均匀的内嵌在非导磁材料尼龙中形成成两端断路结构，该结构涡流损耗低。
所述的从动盘总成有三种可供实施的结构，其一为基体内嵌导条结构，从动盘总成由从动盘基体、导条、导体端环组成，导条内嵌在从动盘基体的槽内，导条两端用导体端环连接，形成感应电流封闭回路，该结构扭矩传递大，传动效率高；其二为双层实心结构，从动盘总成由从动盘基体、导体层组成，导体层包裹在从动盘基体的表面，形成双层实心结构，该结构启动性能好；其三为单层实心结构，从动盘总成由单一的导体层构成，该结构制造简单。导体层材料为电阻率较低的金属材料，如铜、铝。
本发明的优点：本发明兼有磁力齿轮和异步磁力联轴器的优点，不但实现了从动轴不同转速和转矩的输出，而且也起到了高温工况下无泄漏输送介质的作用，另外磁力齿轮和磁力联轴器共用一个中间盘，使得结构更加的紧凑，同时减小了安装、拆卸的难度，跟普通机械变速相比，可以大大减小结构的尺寸，有效地减小摩擦和磨损，提高传动效率。
附图说明
图1为一种基于轴向磁场调制式磁力齿轮的盘形异步磁力联轴器结构图；
图2 为永磁体磁化方向不同排列方式示意图；
图3为调磁极片不同结构示意图；
图4 为从动盘总成不同结构示意图；
图中的标号分别代表：1-基座，2-从动盘基体，3-隔离套，4-导条，5-中间盘基体，6-第三永磁体，7-第二永磁体，8-第一永磁体，9-调磁极片，10-主动盘基体，11-固定套筒，12-圆螺母，13-止动垫圈，14-从动轴，15-主动轴，16-轴承，17-密封圈，18-轴端挡圈，19-套筒，20-轴承端盖，21-导体层，22-尼龙，23-软磁材料，24-导体端环，①-主动盘总成，②-中间盘总成，③-从动盘总成，④-调磁装置。
具体实施方式
下面结合图1对本发明的实施进行详细说明，本发明的总体结构如图1所示，该装置包括：主动盘总成①、中间盘总成②、从动盘总成③、调磁装置④以及隔离套3；主动盘总成①由主动盘基体10、第一永磁体8组成，中间盘总成②由中间盘基体5、第三永磁体6、第二永磁体7组成，从动盘总成③由从动盘基体2、导条4、导体端环24组成，调磁装置④由调磁极片9和固定套筒11组成，其特征在于：从动盘总成③、隔离套3、中间盘总成②、调磁装置④和主动盘总成①从左至右依次沿从动轴或主动轴轴向布置，主动盘基体10通过键与主动轴15连接，并使用套筒19进行轴向固定，其紧靠第二永磁体7的表面内嵌N、S交替排列的第一永磁体8，磁极对数为P1；中间盘基体5和轴承16通过过盈配合装配在一起后放置在主动轴15上，轴承内圈使用圆螺母12、止动垫圈13、套筒19进行轴向固定，而轴承外圈则使用轴承端盖20进行轴向固定，中间盘基体两侧表面内嵌N、S交替排列的第二永磁体7和第三永磁体6，磁极对数分别为P2和P3；从动盘基体2通过键与从动轴14连接，并使用轴端挡圈18进行轴向固定，导条4内嵌在从动盘基体2的紧靠第三永磁体6的表面，导条两端采用导体端环24连接；调磁装置④中的调磁极片9通过间隙配合套在主动轴15上，其端部通过螺钉连接在固定套筒11上，固定套筒11通过螺钉固定在基座1上；隔离套3也通过螺钉固定在基座1上，连接处采用密封圈17密封。
主动盘基体10和中间盘基体5表面需开槽，扇形永磁体6、7、8紧密内嵌在槽内，各个扇形永磁体磁化方向采用N、S极交替轴向磁化（图2（a））或Halbach轴向磁化（图2（b））；N极和S极既可以是单块扇形磁体为一极，也可以是多块同极性、同尺寸的扇形磁体为一极。
调磁极片9处于主动盘 基体10和主动盘基体5之间，采用软磁材料23直接加工成两端短路结构（图3（a））或将软磁材料制造加工成长条形后均匀的内嵌在非导磁材料尼龙中形成成两端断路结构（图3（b））。
从动盘总成③有三种可供实施的结构，其一为基体内嵌导条结构（图4（a）），从动盘总成③由从动盘基体2、导条4、导体端环24组成，导条4内嵌在从动盘基体2的槽内，导条4两端用导体端环24连接，形成感应电流封闭回路；其二为双层实心结构（图4（b）），从动盘总成③由从动盘基体2、导体层21组成，导体层21包裹在从动盘基体2的表面，形成双层实心结构；其三为单层实心结构（图4（c）），从动盘总成由单一的导体层21构成。导体层选用电阻率较低的金属材料，如铜、铝。
实施工作原理：主动盘基体10以转速n1转动时，其左侧第一永磁体8将产生一转速为n1、磁极对数为P1的旋转磁场，调磁极片9（数量R=P1+P2）将该磁场调制成具有P2次谐波的谐波磁场，谐波磁场的旋转速度n2=-n1*P1/(R-P1)，该谐波磁场与磁极对数为P2的第二永磁体7产生的基波磁场相互耦合，从而使中间盘总成②与轴承16外圈以转速n2转动，同时中间盘基体5左侧的第三永磁体6将会在其左侧气隙产生另一个转速为n2、磁极对数为P3的旋转磁场，从动盘基体2上的导条4或导体层21因切割该磁场的磁力线而产生感应电流或涡流，感应电流或涡流产生的附加磁场与此旋转磁场相互作用，从而带动从动盘总成③以转速n3转动，其中n3=（1-S）*n2，S为转差率，其值与负载大小有关，通过改变P1、P2的值可以改变磁力齿轮传动比，从而得到不同的输出转速，由于该发明从动盘并未放置永磁体，同时隔离套3隔离了中间盘永磁体和输送介质，所以输送高温介质时不会发生永磁体退磁现象，适合在高温、有毒场合下使用。
Claims (6)
1.一种盘形异步磁力联轴器，其总体结构包括主动盘总成、中间盘总成、从动盘总成和调磁装置，主动盘总成由主动盘基体、第一永磁体组成，中间盘总成由中间盘基体、第三永磁体和第二永磁体组成，从动盘总成由从动盘基体、导条、导体端环组成，调磁装置由调磁极片和固定套筒组成，其特征在于：从动盘总成、中间盘总成、调磁装置和主动盘总成从左至右依次沿从动轴或主动轴轴向布置，主动盘基体通过键与主动轴连接，并使用套筒进行轴向固定，其紧靠第二永磁体的表面内嵌N、S交替排列的第一永磁体，磁极对数为P1；中间盘基体和轴承通过过盈配合装配在一起后放置在主动轴上，轴承内圈使用圆螺母、止动垫圈、套筒进行轴向固定，而轴承外圈则使用轴承端盖进行轴向固定，中间盘基体两侧表面内嵌N、S交替排列的第二永磁体和第三永磁体，磁极对数分别为P2和P3；从动盘基体通过键与从动轴连接，并使用轴端挡圈进行轴向固定，导条内嵌在从动盘基体的紧靠第三永磁体的表面，导条两端采用导体端环连接；调磁装置中的调磁极片通过间隙配合套在主动轴上，其端部通过螺钉连接在固定套筒上，固定套筒通过螺钉固定在基座上。
2.如权利要求1所述的一种盘形异步磁力联轴器，其特征在于：所述的第一、第二和第三永磁体为扇形永磁体，磁化方向采用N、S极交替轴向磁化或Halbach轴向磁化；N极和S极为单块扇形磁体为一极或是多块同极性、同尺寸的扇形磁体为一极。
3.如权利要求1所述的一种盘形异步磁力联轴器，其特征在于：所述联轴器还设有隔离套，隔离套位于从动盘总成和中间盘总成之间，其通过螺钉固定连接在基座上，连接处采用密封圈密封，在要求实现完全密封的行业中使用。
4.如权利要求1所述的一种盘形异步磁力联轴器，其特征在于：所述的调磁极片处于主动盘基体和中间盘基体之间，有二种供实施的结构，其一是采用软磁材料直接加工成两端短路结构，该结构机械强度大；其二是将软磁材料加工制造成长条形后沿周向均匀的内嵌在非导磁材料尼龙中形成成两端断路结构，该结构涡流损耗低。
5.如权利要求1所述的一种盘形异步磁力联轴器，其特征在于：所述的从动盘总成为基体内嵌导条结构，从动盘总成由从动盘基体、导条、导体端环组成，导条内嵌在从动盘基体的槽内，导条两端用导体端环连接，形成感应电流封闭回路。
6.如权利要求1所述的一种盘形异步磁力联轴器的调速方法，其特征在于：所述的主动盘基体以转速n1转动时，其左侧的第一永磁体将产生一转速为n1、磁极对数为P1的旋转磁场，数量R=P1+P2的调磁极片将该磁场调制成具有P2次谐波的谐波磁场，谐波磁场的旋转速度n2=-n1*P1/(R-P1)，该谐波磁场与磁极对数为P2的第二永磁体产生的基波磁场相互耦合，从而使中间盘总成与轴承的外圈以转速n2转动，同时中间盘基体左侧的第三永磁体将会在其左侧气隙产生另一个转速为n2、磁极对数为P3的旋转磁场，从动盘基体上的导条因切割该磁场磁力线而产生感应电流，感应电流产生的附加磁场与此旋转磁场相互作用，从而带动从动盘总成以转速n3转动，其中n3=（1-S）*n2，S为转差率，通过改变P1、P2的值从而改变磁力齿轮的传动比，从而得到不同的输出转速。
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